Por primera vez, los científicos han observado ondas en el tejido del espacio-tiempo llamadas ondas gravitacionales, llegando a la Tierra desde un evento cataclísmico en el universo distante. Esto confirma una predicción importante de la teoría general de la relatividad de Albert Einstein de 1915 y abre una nueva y sin precedentesventana al cosmos.
Las ondas gravitacionales transportan información sobre sus orígenes dramáticos y sobre la naturaleza de la gravedad que de otro modo no se podría obtener. Los físicos han concluido que las ondas gravitacionales detectadas se produjeron durante la fracción final de un segundo de la fusión de dos agujeros negros para producir un solo, un agujero negro giratorio más masivo. Esta colisión de dos agujeros negros se había predicho pero nunca se observó.
Las ondas gravitacionales se detectaron el 14 de septiembre de 2015 a las 5:51 am, hora del este 09:51 UTC por los dos detectores gemelos del Observatorio de ondas gravitacionales del interferómetro láser LIGO, ubicados en Livingston, Louisiana y Hanford, Washington, EE.UU .. Los Observatorios LIGO están financiados por la National Science Foundation NSF, y fueron concebidos, construidos y operados por Caltech y MIT. El descubrimiento, aceptado para su publicación en la revista Physical Review Letters, fue realizado porColaboración Científica LIGO que incluye la Colaboración GEO y el Consorcio Australiano para la Astronomía Gravitacional Interferométrica y la Colaboración Virgo utilizando datos de los dos detectores LIGO.
En base a las señales observadas, los científicos de LIGO estiman que los agujeros negros para este evento fueron aproximadamente 29 y 36 veces la masa del sol, y el evento tuvo lugar hace 1.300 millones de años. Aproximadamente 3 veces la masa del sol se convirtióen ondas gravitacionales en una fracción de segundo, con una salida de potencia máxima de aproximadamente 50 veces la del universo visible completo. Al observar la hora de llegada de las señales, el detector en Livingston registró el evento 7 milisegundos antes del detectoren Hanford: los científicos pueden decir que la fuente se encuentra en el hemisferio sur.
Según la relatividad general, un par de agujeros negros que orbitan entre sí pierden energía a través de la emisión de ondas gravitacionales, lo que hace que se acerquen gradualmente durante miles de millones de años, y luego mucho más rápidamente en los minutos finales.fracción de segundo, los dos agujeros negros chocan entre sí a casi la mitad de la velocidad de la luz y forman un agujero negro más masivo, convirtiendo una porción de la masa combinada de los agujeros negros en energía, de acuerdo con la fórmula E = de Einsteinmc 2 . Esta energía se emite como una fuerte explosión final de ondas gravitacionales. Son estas ondas gravitacionales las que LIGO ha observado.
Joseph Taylor, Jr. y sus colegas demostraron por primera vez la existencia de ondas gravitacionales en los años 70 y 80. Taylor y Russell Hulse descubrieron en 1974 un sistema binario compuesto por un púlsar en órbita alrededor de una estrella de neutrones. Taylor y Joel MWeisberg en 1982 descubrió que la órbita del púlsar se estaba reduciendo lentamente con el tiempo debido a la liberación de energía en forma de ondas gravitacionales. Para descubrir el púlsar y demostrar que haría posible esta medición de ondas gravitacionales en particular, Hulse y Taylor fuerongalardonado con el Premio Nobel de Física en 1993.
El nuevo descubrimiento de LIGO es la primera observación de las ondas gravitacionales en sí mismas, realizada midiendo las pequeñas perturbaciones que las ondas provocan en el espacio y el tiempo a medida que pasan a través de la Tierra.
"Nuestra observación de ondas gravitacionales logra un objetivo ambicioso establecido hace más de 5 décadas para detectar directamente este fenómeno evasivo y comprender mejor el universo, y, de manera adecuada, cumple el legado de Einstein en el centésimo aniversario de su teoría general de la relatividad", diceDavid H. Reitze de Caltech, director ejecutivo del Laboratorio LIGO.
El descubrimiento fue posible gracias a las capacidades mejoradas de Advanced LIGO, una actualización importante que aumenta la sensibilidad de los instrumentos en comparación con los detectores LIGO de primera generación, lo que permite un gran aumento en el volumen del universo explorado, y el descubrimiento deondas gravitacionales durante su primer recorrido de observación. La Fundación Nacional de Ciencias de EE. UU. lidera el apoyo financiero para Advanced LIGO. Organizaciones de financiación en Alemania Sociedad Max Planck, el Reino Unido Consejo de Instalaciones de Ciencia y Tecnología, STFC y Australia Consejo Australiano de Investigaciónse han comprometido significativamente con el proyecto. Varias de las tecnologías clave que hicieron que Advanced LIGO fuera mucho más sensible han sido desarrolladas y probadas por la colaboración alemana GEO del Reino Unido. El Grupo de Atlas AEI Hannover, el Laboratorio LIGO han contribuido con recursos informáticos significativos.Syracuse University y University of Wisconsin-Milwaukee. Varias universidades diseñaron, construyeron y probaron key componentes para Advanced LIGO: la Universidad Nacional de Australia, la Universidad de Adelaida, la Universidad de Florida, la Universidad de Stanford, la Universidad de Columbia de la ciudad de Nueva York y la Universidad Estatal de Louisiana.
"En 1992, cuando se aprobó la financiación inicial de LIGO, representaba la mayor inversión que la NSF había hecho", dice France Córdova, directora de la NSF. "Fue un gran riesgo. Pero la National Science Foundation es la agencia que toma estostipos de riesgos. Apoyamos la ciencia y la ingeniería fundamentales en un punto en el camino hacia el descubrimiento donde ese camino es todo menos claro. Financiamos pioneros. Es por eso que Estados Unidos sigue siendo un líder mundial en el avance del conocimiento ".
La investigación de LIGO es llevada a cabo por LIGO Scientific Collaboration LSC, un grupo de más de 1000 científicos de universidades de los Estados Unidos y en otros 14 países. Más de 90 universidades e institutos de investigación en LSC desarrollan tecnología de detección y analizandatos; aproximadamente 250 estudiantes son fuertes miembros contribuyentes de la colaboración. La red de detectores LSC incluye los interferómetros LIGO y el detector GEO600. El equipo GEO incluye científicos en el Instituto Max Planck de Física Gravitacional Instituto Albert Einstein, AEI, Leibniz Universität Hannover, junto con socios de la Universidad de Glasgow, la Universidad de Cardiff, la Universidad de Birmingham, otras universidades del Reino Unido y la Universidad de las Islas Baleares en España.
"Esta detección es el comienzo de una nueva era: el campo de la astronomía de ondas gravitacionales es ahora una realidad", dice Gabriela González, portavoz de LSC y profesora de física y astronomía en la Louisiana State University.
LIGO fue originalmente propuesto como un medio para detectar estas ondas gravitacionales en la década de 1980 por Rainer Weiss, profesor de física, emérito, del MIT; Kip Thorne, profesor de física teórica Richard P. Feynman de Caltech, emérito; y Ronald Drever, profesorde física, emérito, también de Caltech.
"La descripción de esta observación está bellamente descrita en la teoría de la relatividad general de Einstein formulada hace 100 años y comprende la primera prueba de la teoría en gravitación fuerte. Hubiera sido maravilloso observar la cara de Einstein si hubiéramos podido decirle", dice Weiss.
"Con este descubrimiento, los humanos nos embarcamos en una nueva y maravillosa búsqueda: la búsqueda para explorar el lado deformado del universo - objetos y fenómenos que están hechos del espacio-tiempo deformado. Los primeros agujeros hermosos y las ondas gravitacionales son nuestros primeros ejemplos hermosos.", dice Thorne.
Virgo Collaboration lleva a cabo la investigación de Virgo, que consta de más de 250 físicos e ingenieros pertenecientes a 19 grupos de investigación europeos diferentes: 6 del Centro Nacional de Investigación Científica CNRS en Francia; 8 del Istituto Nazionale di Fisica NucleareINFN en Italia; 2 en los Países Bajos con Nikhef; el Wigner RCP en Hungría; el grupo POLGRAW en Polonia; y el Observatorio Gravitacional Europeo EGO, el laboratorio que alberga el detector Virgo cerca de Pisa en Italia.
Fulvio Ricci, portavoz de Virgo, señala que "este es un hito importante para la física, pero lo más importante es simplemente el comienzo de muchos descubrimientos astrofísicos nuevos y emocionantes que vendrán con LIGO y Virgo".
Bruce Allen, director gerente del Instituto Max Planck de Física Gravitacional Instituto Albert Einstein, agrega, "Einstein pensó que las ondas gravitacionales eran demasiado débiles para detectarlas, y no creía en los agujeros negros. Pero no creo que élme hubiera importado estar equivocado! "
"Los detectores Advanced LIGO son un tour de force de ciencia y tecnología, posible gracias a un equipo internacional verdaderamente excepcional de técnicos, ingenieros y científicos", dice David Shoemaker de MIT, el líder del proyecto para Advanced LIGO. "Somosmuy orgulloso de haber terminado este proyecto financiado por NSF a tiempo y dentro del presupuesto "
En cada observatorio, el interferómetro LIGO en forma de L de dos millas y media 4 km de largo usa luz láser dividida en dos haces que viajan de un lado a otro de los brazos tubos de cuatro pies de diámetro mantenidos debajoun vacío casi perfecto. Los haces se utilizan para controlar la distancia entre los espejos colocados con precisión en los extremos de los brazos. Según la teoría de Einstein, la distancia entre los espejos cambiará en una cantidad infinitesimal cuando una onda gravitacional pase por el detectorUn cambio en la longitud de los brazos más pequeños que una décima parte del diámetro de un protón 10 -19 medidor puede ser detectado.
"Para hacer posible este hito fantástico se necesitó una colaboración global de científicos: la tecnología láser y de suspensión desarrollada para nuestro detector GEO600 se utilizó para ayudar a que Advanced LIGO sea el detector de ondas gravitacionales más sofisticado jamás creado", dice Sheila Rowan, profesora de físicay astronomía en la Universidad de Glasgow.
Los observatorios independientes y ampliamente separados son necesarios para determinar la dirección del evento que causa las ondas gravitacionales, y también para verificar que las señales provienen del espacio y no de algún otro fenómeno local.
Con este fin, el Laboratorio LIGO está trabajando en estrecha colaboración con los científicos de la India en el Centro Interuniversitario de Astronomía y Astrofísica, el Centro Raja Ramanna de Tecnología Avanzada y el Instituto de Plasma para establecer un tercer detector avanzado LIGO en la Indiasubcontinente. A la espera de la aprobación del gobierno de la India, podría estar operativo a principios de la próxima década. El detector adicional mejorará en gran medida la capacidad de la red global de detectores para localizar fuentes de ondas gravitacionales.
"Afortunadamente, esta primera observación acelerará la construcción de una red global de detectores para permitir la ubicación precisa de la fuente en la era de la astronomía de múltiples mensajeros", dice David McClelland, profesor de física y director del Centro de Física Gravitacional en AustraliaUniversidad Nacional.
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Materiales proporcionado por Laboratorio LIGO . Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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